Стеклопакет: одна камера, две и почему цифры такие маленькие

Стена ковдорского дома должна держать 3,74 м²·°C/Вт. Окно в той же стене — 0,74. Обычный однокамерный стеклопакет 4-16-4 даёт около 0,32. То есть светопрозрачная часть фасада хуже глухой примерно в десять раз, и это не брак, а физика: прозрачность и теплоизоляция — конкурирующие свойства.

Разбираться в этих цифрах приходится потому, что продавец окон оперирует одной из них, проектировщик — другой, а мёрзнет владелец от третьей.

Что вообще нормируется

Первое, что стоит выбросить из головы, — идею «класса стеклопакета по теплу». ГОСТ 24866-2014 «Стеклопакеты клееные» делит изделия на однокамерные (СПО) и двухкамерные (СПД), нормирует начальное заполнение газом на уровне не менее 90 % объёма межстекольного пространства и долговечность не менее 20 условных лет. А про тепло говорит следующее: требования по сопротивлению теплопередаче устанавливают при наличии требования потребителя. Не заявили — не нормируется.

Нормируется другое — приведённое сопротивление теплопередаче окна как изделия целиком. Само требование задаёт СП 50.13330.2024, а требования к оконному блоку как к изделию — ГОСТ 23166-2024 «Блоки оконные и балконные», который с 1 апреля 2024 года заменил редакцию 2021 года. И берётся требование от того же ГСОП, что и для стен.

Шкала специально пологая: между средней полосой и Якутском разница всего 0,14 м²·°C/Вт, тогда как для стен на том же интервале требование вырастает с 2,8 до 4,9 — почти вдвое. У Ковдора с его ГСОП около 6694 °C·сут/год интерполяция даёт примерно 0,74 м²·°C/Вт — расчёт наш, метод линейный, по строкам таблицы.

Обойти требование к окну послаблением тоже не выйдет. СП 50.13330.2024 разрешает снижать базовые значения для стен вплоть до коэффициента 0,63, если здание в целом укладывается в норму по удельному расходу тепловой энергии, но для всех светопрозрачных конструкций этот коэффициент зафиксирован на 1,00. Механику этой лазейки и её границы мы разбирали отдельно — здесь важно, что окон она не касается.

Три вклада: газ, покрытие, кромка

Прослойка, которая работает хуже, чем кажется

Интуиция подсказывает: воздух — отличный теплоизолятор, λ ≈ 0,025 Вт/(м·К), сделаем прослойку потолще и всё. Не работает, и есть цифра, которая объясняет почему. В расчётном примере ГОСТ 30971-2012 для воздушной прослойки толщиной 12 мм используется не чистая теплопроводность воздуха, а эквивалентная: λ = 0,08 Вт/(м·°C) — втрое с лишним больше.

Разница — это конвекция и излучение. В зазоре газ у тёплого стекла поднимается, у холодного опускается, и запускается конвективная ячейка, переносящая тепло куда быстрее, чем чистая диффузия. Плюс два стекла обмениваются тепловым излучением напрямую, независимо от того, что между ними.

Отсюда практический вывод: примерно до 14–16 мм газ ведёт себя почти неподвижно и сопротивление растёт вместе с толщиной, а дальше конвекция съедает прирост, и кривая выходит на плато. Шестнадцать миллиметров — не круглое число из каталога, а край этого плато. Аргон с его теплопроводностью около 0,017 Вт/(м·К) плотнее и вязче воздуха, поэтому запускает конвекцию позже — его оптимум чуть шире.

Покрытие: борьба с излучением

Второй канал теплопереноса лечится напылением. Низкоэмиссионное покрытие отражает тепловое излучение обратно в комнату, и чем ниже коэффициент эмиссии поверхности, тем меньше уходит.

Обычное флоат-стекло

ε ≈ 0,84 — стандартное физическое значение для несеребрёного стекла, ГОСТ 111 его не нормирует

К-стекло, твёрдое пиролитическое покрытие

ε не более 0,18 по ГОСТ 30733, фактический разброс 0,15–0,18. Наносится на горячий расплав, стойкое, можно закаливать и хранить открытым

И-стекло, мягкое магнетронное покрытие

ε не более 0,06 по ГОСТ 31364 — втрое лучше твёрдого. Обозначается в формуле пакета буквой «И»

У мягкого покрытия есть цена: оно деградирует на воздухе. ГОСТ 31364 отдельно требует измерять эмиссию в течение одного часа после распаковки и предусматривает испытание до и после воздействия воздушной среды. Именно поэтому i-стекло всегда обращено внутрь герметичного пакета и никогда не смотрит в комнату или на улицу.

Есть и побочный эффект, о котором в северном доме стоит подумать дважды: любое низкоэмиссионное напыление немного снижает светопропускание пакета. Величину надо смотреть в паспорте конкретного стекла, но сама по себе она не нулевая, а в декабре на 67-й широте каждый люкс дневного света на счету. Двухкамерный пакет с двумя энергосберегающими стёклами в северной комнате — решение, у которого есть обратная сторона.

Кромка, где всё ломается

Третий вклад — отрицательный. По периметру пакета стоит дистанционная рамка, и если она алюминиевая, её теплопроводность составляет около 220 Вт/(м·°C). Для сравнения: оконное стекло — 0,76, монтажная пена — 0,03–0,05, древесина поперёк волокон — 0,14–0,23 в зависимости от породы. Рамка на два-три порядка теплопроводнее всего, что её окружает, и работает как контур холода по всему периметру стекла.

Насколько это серьёзно, показывает расчёт из приложения Д ГОСТ 30971-2012 — по узлу, полностью соответствующему стандарту. Условия: +20 °C внутри, −28 °C снаружи, точка росы 10,7 °C. Минимальная температура внутренней поверхности монтажного шва получается 12,6 °C — норму проходит. А температура стекла в зоне дистанционной рамки — 3,4 °C.

Границу между зоной, где работает «центр стекла», и краевой зоной, испорченной рамкой, обычно проводят в нескольких сантиметрах от кромки. Практическое следствие неочевидное: узкие створки и частая расстекловка ухудшают окно при том же самом стеклопакете — доля периметра и рамы на квадратный метр растёт. Панорамное окно теплее шести маленьких той же общей площади.

Формулы и порядок цифр

Ниже — ориентиры, которые встречаются в отраслевой практике. Подчеркнём ещё раз: это не нормируемые значения, ГОСТ 24866 их не задаёт. Реальную цифру для конкретного изделия даёт протокол испытаний по ГОСТ EN 675 или расчёт по ГОСТ Р 56926.

Читается формула слева направо от улицы внутрь: цифры без букв — толщина стекла в миллиметрах, цифры между ними — толщина прослойки, Ar — аргоновое заполнение, И — низкоэмиссионное мягкое покрытие. Запись 4-16Ar-4И означает: наружное стекло 4 мм, аргоновая камера 16 мм, внутреннее стекло 4 мм с покрытием, обращённым в камеру.

Обратите внимание на важную деталь третьей строки: двухкамерный пакет с двумя узкими воздушными прослойками по 10 мм проигрывает однокамерному с аргоном и покрытием. Две камеры сами по себе не выигрывают у одной — выигрывает физика, которую в них поместили.

Пакет, профиль и окно — не одно и то же

Финальная путаница, на которой продают. Существуют три разные величины:

Первая — сопротивление стеклопакета в центре стекла: вдали от рамки, без учёта рамы. Самая красивая цифра, её обычно и называют.

Вторая — паспортное сопротивление профильной системы. Для трёхкамерных профилей шириной 58 мм каталоги отдельных систем указывают порядка 0,66–0,70 м²·°C/Вт; более широкие и многокамерные системы дают больше. Величина честная, но относится только к непрозрачной части.

Третья — приведённое сопротивление окна: площадно-взвешенная комбинация первых двух минус линейные потери на всех стыках — краевая зона стеклопакета, узел «стеклопакет — створка», узел «створка — коробка», стальной армирующий вкладыш внутри профиля, импост. Она почти всегда ниже, чем сопротивление стеклопакета, и именно она нормируется.

Отсюда рабочее правило разговора с продавцом: спрашивать не «какой у вас пакет», а «какое приведённое сопротивление у окна такого-то размера в такой-то комплектации и чем это подтверждается». Внятный ответ существует; отсутствие ответа — тоже информация.

И последнее, что съедает всё сразу

Допустим, окно подобрано правильно и приведённое сопротивление у него 0,80. Дальше его ставят в проём. Если монтажный шов сделан на голой пене без наружной и внутренней лент, откос промерзает, а по периметру рамы идёт продувание — и все выигранные сотые доли исчезают в узле примыкания. Трёхслойный шов по ГОСТ 30971 — не сервисная опция, а часть теплотехники окна ровно в той же мере, что и формула пакета.

Стоит помнить и обратное: даже безупречно смонтированное окно с двухкамерным пакетом остаётся самым холодным местом наружной ограды. При норме стены 3,74 и окна 0,74 квадратный метр остекления теряет примерно впятеро больше, и это меняет расчёт всей стены целиком. А температура кромки стекла в мороз ставит тот же вопрос про точку росы, что и угол комнаты, — с той разницей, что стекло высохнет за час, а стена нет.

Другие разборы по периметру проёма — от фурнитуры до дверей — собраны в рубрике «Окна и двери»; конструкции и узлы стен — в «Тепле»; а про то, как большое остекление окупается зимним светом, мы пишем в «Интерьере».